电力电子变流技术
电力电子技术第五章直流-直流变流电路PPT课件
(5-37) O
i
t
o
当tx<t0ff时，电路为电流断续工作状态， tx<t0ff是电流断续的条件，即
m
1 e 1 e
(5-38)
i
i
1
2
I
20
O
t
tt
t
t
on
1
x
2
t
off
T
c)
图5-3 用于直流电动机回馈能 量的升压斩波电路及其波形
c）电流断续时
16/44
5.1.3 升降压斩波电路和Cuk斩波电路
◆斩波电路有三种控制方式
☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。 ☞频率调制：ton不变，改变T。 ☞混合型：ton和T都可调，改变占空比
5/44
5.1.1 降压斩波电路
■对降压斩波电路进行解析
◆基于分时段线性电路这一思想，按V处于通态和处于断态两个过程 来分析，初始条件分电流连续和断续。
◆电流连续时得出
3/44
5.1.1 降压斩波电路
■降压斩波电路（Buck Chopper）
◆电路分析
☞使用一个全控型器件V，若采用晶闸
管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD，在V关断时
给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源，也
可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
◆工作原理
☞ t=0时刻驱动V导通，电源E向负载
☞输出电流的平均值Io为
EI1 U o I o
Io
Uo R
1
E R
(5-24) (5-25)
☞电源电流I1为
I1
Uo E
Io
《电力电子变流技术》课件
智能电网中的变流技术
智能电网中的变流技术主要用于实现分布式电源的接入和能量调度，通过整流器 和逆变器将各种分布式电源的电能调整为标准化的形式，并实现与大电网的协调 运行。
智能电网中的变流技术还可以实现需求侧管理和能效管理等功能，提高能源利用 效率和系统稳定性。
04
电力电子变流技术的挑战与解 决方案
详细描述
控制策略的优化是解决电力电子变流技术挑战的重要手段之一。通过改进控制算法和优化设备参数， 可以提高电力电子变流设备的运行效率和可靠性，降低能源损耗，提高设备的安全性和稳定性。同时 ，控制策略的优化还可以提高设备的动态性能和响应速度，满足各种复杂的应用需求。
05 未来展望
新材料、新器件的应用
能效问题
总结词
电力电子变流技术在转换电能时存在能效问题，导致能源浪费和环境污染。
详细描述
随着电力电子设备的应用越来越广泛，电力电子变流技术在转换电能时产生的能效问题也日益突出。能效问题主 要表现在设备运行过程中产生的损耗和能源浪费，这些损耗不仅增加了设备的运行成本，还对环境造成了污染。
可靠性问题
《电力电子变流技术》 ppt课件
目录
Contents
• 电力电子变流技术概述 • 电力电子变流技术的基本原理 • 电力电子变流技术的应用实例 • 电力电子变流技术的挑战与解决方
案 • 未来展望
01 电力电子变流技术概述
定义与特点
总结词
电力电子变流技术是一种利用电力电子器件进行电能转换的技术，其特点包括高效、灵 活、可调等。
升压型直流变换器
通过开关元件的通断改变 电感或电容的储能，实现 直流电压的升高或降低。
直流变换器的效率
直流变换器的效率取决于 开关元件的特性和电路参 数，是评价直流变换器性 能的重要指标。
电力电子变流技术相关知识
电力电子变流技术相关知识电力电子变流技术相关知识电力电子变流技术是为了能够将交流电的电压和频率转换成直流电而产生的。
由于许多设备和电器都需要直流电源，这样的技术就变得非常重要。
变流技术使得交流电可以在短时间内被转换成为直流电，并且能够提供恒定的电压和功率。
本文将对电力电子变流技术进行详细的介绍。
电力电子变流技术的基础电力电子变流技术是通过使用电力电子器件，例如整流器、逆变器、直流电压变换器等，将交流电转换为直流电。
整流器是用于将交流电转换为直流电的设备，逆变器是将直流电转换为交流电的设备，而直流电压变换器则是用于调整电压的设备。
电力电子变流器种类根据电力电子器件的类型和应用，电力电子变流器非常多样化。
其种类包括但不限于全控整流器、半控整流器、三相不间断电源、单相不间断电源、三相脉冲宽度调制逆变器、单相脉冲宽度调制逆变器等。
全控整流器工作原理全控整流器由整流桥和一个装有一定数量的可控硅管的电路组成。
可控硅管是一种双向晶闸管，能够通过触发脉冲实现开关的控制。
可控硅管的控制方式有两种：相角控制和电流控制。
在相角控制中，控制信号的宽度决定了触发脉冲的延迟时间，调节这个时间可以改变理想系统的输出电压。
在电流控制电路中，一个电流传感器将电流产生的电压送入比较器进行比较，并将输出信号输入计算机控制单元，然后利用计算机算法进行调节。
半控整流器工作原理半控整流器的操作方式与全控整流器基本相同，但是只有半个侧面电极是可控的。
因此，在这种情况下，只有直流电压输出可以通过调节触发脉冲的相位来调节。
在半控整流器中，普通硅沟可控晶闸管或快速开关二极管常用于实际的开关器件。
三相不间断电源(UPS)工作原理“UPS”代表“不间断电源”，这种变流器设计是为了确保对某些重要设备的不间断电力保护。
UPS通过连接到主要的交流电电源上，能够持续并直接地将电流传送到设备中。
但是，当主要电源故障时，UPS会立即切换到电池电源，以确保设备始终运行。
电力电子变流技术公式表
I (6) I IV 4 (续流二极管）（ 7 I2 ） I d d d
电阻 半 波 电感 三 变压器 相 漏抗 不 控 电感 桥
第 1 页
电力电子变流技术公式表.xls
全 控 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ感 桥
全 控 桥 单 相 反 并 有 联 源 全 控 桥 全 三 控 相 桥
逆 变
(1) U 0.9 2 U d
1cos Ud (2)Id (6)I2 2IV1 2 R
电感
(5 IV4AR )
1 cos Ud (2)Id (3 IV1AR IV2AR ) I (4)IV1 IV2 (整流二极管） I 2 R 2 d 2 d
sin 2 2 ( ) 2 (1 cos )
( 6 ) I 2 I V 1 I U IR U 2
sin 2 P UI ( 7 ) cos 4 2 S U 2I2
sin 2 4 2
(1)U d 0.45U 2
电力电子变流技术公式大全
(1) U d 0 . 45U 2 1 cos Ud U2 (2) I d ( 3) I V 1 AR I d ( 4 ) I V 1 2 R R sin 2 (5) K 4 2
f1
电阻 半 波 电感
IV 1 I V 1 AR
d
电阻 单全 相控 桥 电感
(6)I2
sin 2 I (5)K f 1 V1 2 IV1AR
2IV1 I cos
0 . 9U
sin 2 I (7)K f 2 Id
U d (3) I V R
电力电子变流器的工作原理及调节方法
电力电子变流器的工作原理及调节方法电力电子变流器是一种能够将电力源的特定特性转化为所需要的特定负载特性的装置。
它在现代电力系统中起着至关重要的作用，广泛应用于工业、交通等领域。
本文将介绍电力电子变流器的工作原理以及调节方法。
一、电力电子变流器的工作原理电力电子变流器是通过将电力源的特性进行变换，使其能够符合负载的特性要求。
其工作原理主要包括两个关键过程：开关过程和能量转移过程。
1. 开关过程电力电子变流器通过控制开关器件的导通和关断，将电源的电能转换为符合负载需求的电能。
开关器件通常采用晶闸管、二极管等，通过改变其导通和关断状态来控制电力的流向和大小。
开关过程的实现涉及到控制信号的生成和传输，其中包括PWM（脉宽调制）技术和谐波滤除等方法。
2. 能量转移过程能量转移过程是指电力电子变流器将电源提供的电能转移到负载上的过程。
在能量转移过程中，通过开关过程实现的电能转换成为满足负载要求的电能，同时也会伴随能量损耗。
为了提高能量转移的效率，电力电子变流器通常采用高效能量转换电路，如谐振电路和电路拓扑优化等。
二、电力电子变流器的调节方法为了满足不同负载要求，电力电子变流器需要进行精确的调节。
以下是常用的几种调节方法：1. 脉宽调制（PWM）调节脉宽调制技术是一种通过改变开关器件的导通时间比例，来调节输出电压或电流的方法。
通过调节脉宽，可以实现对输出电压或电流的精确控制。
脉宽调制技术具有调节范围广、调节精度高等优点，广泛应用于变频调速、电力调节等领域。
2. 频率调制调节频率调制调节是一种通过改变开关器件的开关频率，来调节输出电压或电流的方法。
通过调节频率，可以实现对输出电压或电流的调节。
频率调制调节一般用于特殊应用，如谐振电力电子变流器等。
3. 直接调节法直接调节法是指通过改变电力电子变流器的控制参数，直接调节输出电压或电流的方法。
这种调节方法通常通过改变参数，如控制电压、电流或转矩等，来实现对电力电子变流器的调节。
电子电力变流技术部分复习答案
《电力电子技术》复习参考答案1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A 决定。
1.2晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A 减小，I A 下降到维持电流I H 以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A 决定。
1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？ 答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H 会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g =0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。
1.5请简述晶闸管的关断时间定义。
答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
1.11某晶闸管型号规格为KP200-8D ，试问型号规格代表什么意义?解：KP 代表普通型晶闸管，200代表其晶闸管的额定电流为200A ，8代表晶闸管的正反向峰值电压为800V ，D 代表通态平均压降为V U V T 7.06.0<<。
1.12如图题1.12所示，试画出负载R d 上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。
图题1.12解：其波形如下图所示：1.15 什么叫GTR的一次击穿?什么叫GTR的二次击穿?答：处于工作状态的GTR，当其集电极反偏电压U CE渐增大电压定额BU CEO时，集电极电流I C急剧增大（雪崩击穿），但此时集电极的电压基本保持不变，这叫一次击穿。
电力电子技术中的电力电子变流器的工作原理是什么
电力电子技术中的电力电子变流器的工作原理是什么电力电子变流器是电力电子技术的重要组成部分，其工作原理是将输入的电源电流转换成需要的输出电流。
它在实现直流到交流变换、控制电压、节能等方面具有广泛应用。
本文将从电力电子变流器的基本原理、构造和工作方式等方面进行阐述。
一、电力电子变流器的基本原理电力电子变流器主要通过开关器件实现电流的控制和变换。
其基本原理是通过改变开关器件的导通和截止状态来调节电路的导通时间和导通频率，从而实现对所需电流的控制和输出。
电力电子变流器通常包含控制电路、功率电子器件和电路结构等部分。
其中，控制电路负责检测输入电流和输出电流，并通过信号处理和调节来控制开关器件的状态。
功率电子器件主要包括可控硅、晶闸管、IGBT等，它们根据控制电路的指令，将输入电源的电流转换成需要的输出电流。
电路结构则根据具体需求设计，如全桥、半桥、多电平等。
二、电力电子变流器的构造1. 控制电路：控制电路是电力电子变流器的核心部分，用于检测输入电流、输出电流和电压等参数，并通过信号处理和调节来控制功率电子器件的开关状态。
控制电路通常由传感器、比较器、调节器和触发器等组成，以实现对开关器件的精确控制。
2. 功率电子器件：功率电子器件是电力电子变流器中的重要部分，它们根据控制电路的指令，将输入电源的电流转换成需要的输出电流。
常见的功率电子器件包括可控硅、晶闸管、IGBT等，其特点是具有高压、大电流和快速开关等特性，以满足不同应用场景的要求。
3. 电路结构：电路结构根据具体需求设计，并根据功率电子器件的特性进行匹配。
常见的电路结构包括全桥、半桥、多电平等，在不同的应用领域中具有不同的优势。
通过合理设计电路结构和功率电子器件的配置，可以实现高效、稳定和可靠的电能转换。
三、电力电子变流器的工作方式电力电子变流器根据输入信号和输出信号的特点可以分为直流变换和交流变换两种工作方式。
1. 直流变换：直流变换是将直流电源中的电流通过变流器转换成需要的直流电流。
电力电子变流技术课后答案第6章
第六章无源逆变电路习题与思考题解6-1. 无源逆变电路和有源逆变电路的区别有哪些解：无源逆变电路就是将直流电能转换为某一固定频率或可变频率的交流电能，并且直接供给负载使用的逆变电路。
有源逆变电路就是将直流电能转换为交流电能后，又馈送回交流电网的逆变电路。
这里的“源”即指交流电网，或称交流电源。
6-2. 什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路各有什么特点解：根据逆变器直流侧电源性质的不同可分为两种，直流侧是电压源的称为电压型逆变器，直流侧是电流源的称为电流型逆变器。
电压型逆变器，其中间直流环节以电容贮能，具有稳定直流侧电压的作用。
直流侧电压无脉动、交流侧电压为矩形波，多台逆变器可以共享一套直流电源并联运行。
由于PW(脉宽调制) 技术的出现和发展，使得电压和频率的调节均可在逆变过程中由同一逆变电路完成，应用更为普遍。
电流型逆变器，中间直流环节以电感贮能，具有稳定直流侧电流的作用。
它具有直流侧电流无脉动、交流侧电流为矩形波和便于能量回馈等特点。
一般用于较大功率的调速系统中，如大功率风机、水泵等。
6-3. 试说明电压型逆变电路中续流二极管的作用。
解：对于电感性负载，由于电感的储能作用，当逆变电路中的开关管关断时，负载电流不能立即改变方向，电流将保持原来的流向，必须通过与开关管反向并联的大功率二极管进行续流，来释放电感中储存的能量，这就是电压型逆变电路中续流二极管的作用。
若电路中无续流二极管，开关管关断时，由于电感中的电流将产生很大电流变化率，从而在电路中引起很高的过电压，对电路的器件或绝缘产生危害。
6-4试述180°导电型电压型逆变电路的换流顺序及每60°区间导通管号。
解：参阅教材P101中的图6-4 (g)。
180 °导电型电压型逆变电路，每个开关管在每个周期中导通180 °,关断时间也是180。
，换流（换相）是在同一个桥臂的上、下两个开关管之间进行，亦称纵向换相。
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A
P1
N1
P2
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K
G
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K
3. 晶闸管的工作原理
IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑
欲使晶闸管导通需具备两个条件：
① 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。 ② 应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。
晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器 件。
重复峰值电压URRM 取反向不重复峰值电压URSM的80％称为反向重复峰 值电压URRM，也被定义为二极管的额定电压URR。显 然，URRM小于二极管的反向击穿电压URO。
(2) 额定电流IFR
二极管的额定电流IFR被定义为其额定发热所允许的正弦半波电流 平均值。其正向导通流过额定电流时的电压降UFR一般为1～2V。 当二极管在规定的环境温度为+40℃和散热条件下工作时，通过正 弦半波电流平均值IFR时，其管芯PN结温升不超过允许值。若正弦 电流的最大值为Im，则额定电流为
电力电子变流技术
电能有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值 和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率 和相位的差别。
实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电 能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因 数等)进行变换。
变换器共有四种类型：
交流-直流(AC-DC)变换 直流-交流(DC-AC)变换：
1.2 晶闸管
晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也 称为可控硅SCR, 普通晶闸管是一种具有开关作用的 大功率半导体器件。
1.2.1 晶闸管的结构和工作原理
1.晶闸管的外形
小电流塑封式
大电流平板式
小电流螺旋式
大电流螺旋式
图形符号
自冷式
风冷式
水冷式
2. 晶闸管的结构
晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。
为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这 只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。
1.2.2 晶闸管的特性和主要参数
1. 晶闸管的特性
(1) 晶闸管的伏安特性 晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管阳极电
流IA之间的关系特性。
晶闸管的伏安特性
(2) 晶闸管的门极伏安特性
第1章 电力电子器件
主要内容：
常用电力电子器件的基本结构、工作原理、外 特性、主要参数、开关特性、安全工作区。
常用电力电子器件的驱动电路和缓冲电路。
1.1 功率二极管
1.1.1 功率二极管的结构和工作原理
1. 功率二极管的结构
A
K A
a)
A
PN
K
I
J
K
b)
c)
2. 功率二极管的工作原理
由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一 个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器 件。
熟悉和掌握常用电力电子器件的工作机理、特性和参数，能正确 选择和使用它们。
熟悉和掌握各种基本变换器的工作原理，特别是各种基本电路中 的电磁过程，掌握其分析方法、工作波形分析和变换器电路的初 步设计计算。
了解各种开关元件的控制电路、缓冲电路和保护电路。 了解各种变换器的特点、性能指标和使用场合。 掌握基本实验方法与训练基本实验技能。
IFrm s2IFR 1.5I7 FR
(4) 最大允许非重复浪涌电流IFSM
这是二极管所允许的半周期峰值浪涌电流。该值比二极管的额定 电流要大得多。实际上它体现了二极管抗短路冲击电流的能力。
功率二极管属于功率最大的半导体器件，现在其最大额定电压、电 流在6kV、6kA以上。二极管的参数是正确选用二极管的依据。
1.1.2 功率二极管的特性和主要参数
1. 功率二极管的特性
(1) 功率二极管的伏安特性
(2) 功率二极管的开关特性
由于PN结电容的存在，二极管从导通到截止的过渡 过程与反向恢复时间trr、最大反向电流值IRM，与二极 管PN结结电容的大小、导通时正向电流IFR所对应的 存储电荷Q、电路参数以及反向电流di/dt等都有关。 普通二极管的trr=2～10µs，快速恢复二极管的trr为几 十至几百ns,超快恢复二极管的trr仅几个ns。
控制电路及微型计算机的发展：分立元件－集成电路 －专为各种控制功能设计的专用集成电路，使变换器 的控制电路大为简化。微型计算机引入，运算精度提 高位数成倍增加，运算速度增快，功能不断完善，使 控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电 路，而且可利用软件编程，既方便又灵活。
控制理论的发展：各种新颖、复杂的控制策略和方案 得到实现，并具有自诊断功能，并具有智能化的功能。 将新的控制理论和方法应用在变换器中。
有源逆变；无源逆变。
交-交(AC-AC)变换：
交流调压；交-交变频。
直流-直流(DC-DC)变换
2. 电力电子技术的发展
电力电子器件发展：电能转换由依靠旋转机组改为利用 电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、 重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应 快及使用方便等优点。
功率二极管 SCR ：晶闸管（可控硅） GTO：门极可关断晶闸管 BJT/ GTR：双极型功率晶体管 P-MOSFET：功率场效应晶体管 IGBT：绝缘栅双极型晶体管等。
由于实际产品的门极伏安特性分散性很大，常以一条典型的极限 高阻门极伏安特性和一条极限低阻门极伏安特性之间的区域来代 表所有器件的伏安特性，由门极正向峰值电流IFGM﹑允许的瞬时最 大功率PGM和正向峰值电压UFGM划定的区域称为门极伏安特性区 域。PG为门极允许的最大平均功率。其中,0ABC0为不可靠触发 区,ADEFGCBA为可靠触发区。
综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器件和控 制理论是现代电力电子技术的发展动力。
3. 电力电子技术的应用
（1）开关电源
（2）调速系统
（3）过程控制 自动化、机器人
（4）运输
电力机车、电车、地铁
（5）感应加热
（6）高压直流输电、风力发电、太阳能发电
（7）民用
空调、电梯、办公设备、手机
4. 电力电子技术课程的学习要求
(1-1)
IFR 2 1 0 Imsi tnd ( t) 1 Im
(3) 最大允许的全周期均方根正向电流IFrms
二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR时，与其发热等效的全周 期均方根正向电流IFrms为
IFrm s 21 0 (Imsin t)2d(t)1 2I(m 1-2)
由式(1-1)和(1-2)可得 (1-3)